htttp://lucid.msl.titecch.ac.jjp/
‘世
世界の潮
潮流を生
生み出す
出す’

細
細野
野・平
平松
松研
研究室
材
材料
料物理
理科
科学
学専
専攻
◎24 年度の大学
学院募集要項
項は以下のササイトで入手でできます。
hhttp://www..titech.ac.jp//admission/ggraduate/gu
uideline.htm
ml
募
募集要項内
内の総合理工工学研究科 材
材料物理科学専攻（p.73
3, 74）をご覧
覧ください。
◎材料
料物理科学
学専攻の入学
学試験情報おおよび過去問
問は、以下のサイトから入入手できます。
。
入学案内：httpp://www.ma
ateria.titech..ac.jp/ent/index.html
過去問：http:///www.materria.titech.acc.jp/ent/ent__003.html

住所：〒226-8503
神奈川県
県横浜市緑
緑区長津田町町 4259東京工業業大学応用セラミックスス研究所 R3
3-1
細野 教授
教J1 棟 606
6 号室 0045-924-535
59
平松 准教授准COE
E 棟 102 号
号室 045-92
24-5855
松石 助教
助
S2 棟 5F
5 東 045--924-5134

目次・ 研究室の構成 ・・・・p.2
・ 学生の活躍 ・・・・p.3
・ 細野・平松研究室へようこそ ・・・・p.5
・ 研究紹介 ・・・・p.7
・ 研究テーマ ・・・・p.9
・ 研究設備 ・・・・p.15
・ 著書紹介 ・・・・p.18
・ 特集記事（産学官連携ジャーナル）の紹介 ・・・・p.19
・ Tokyo Institute of Technology Bulletin 記事の紹介 ・・・・p.25
・ 現役博士課程学生による研究テーマ紹介 ・・・・p.26
・ 海外渡航記 ・・・・p.33

1

研究
究室の構
構成
■ ス
スタッフ
・ 細野 秀雄
秀教授（電子メール
ル：hosono@msl.titech.aac.jp）
・ 福長 脩 名誉教授
授・ 黒木 和彦
和客員教
教授（電気通通信大学）
・ 平野 正浩
正客員教
教授
・ 平松 秀典
秀准教授
授（電子メー
ール：h-hiramma@lucid.m
msl.titech.acc.jp）
・ 松石 聡 助教（電子子メール：saatoru@lucid
d.msl.titech
h.ac.jp）■ 学
学生・ 博士課程程7名
・ 修士課程程 10 名・ 学部 4 年生
年 1名■ 大
大型プロジェ
ェクト
現
現在のところろ以下 4 つの大型プロ
ロジェクトが走
走っています
す。
・

最先端研
研究開発支
支援プログララム（期間：2010.3 – 201
14.3）
http://ww
ww.supera.ttitech.ac.jp/

↑最先端
端研究開発
発支援プロググラム（First プログラム））のロゴマーーク・・・

NEDO 革新的太陽革
陽電池プロジジェクト（期間
間：2008.4 – 2018.3）
文部科学
学省元素戦
戦略プロジェ
ェクト（期間：2008.10 – 2013.9）
2
文部科学学省光アライ
イアンスプロログラム（期間：2008 – 2017）
これらののプロジェクト
トでは、藤津津 悟 特任任教授をはじじめとする、特特任准教授
授 3 名、博士研究
究員 5 名がが活躍していいます。これれらのプロジジェクトメンバ
バーだけでなく、物質科学
学創造専攻
攻の神谷利夫
夫 教授のググループともも緊密な連連携をして研
研究を
遂行して
ています。
2

学生の活躍■ 日本学術振興会 特別研究員（DC）実績
難関といわれる学振特別研究員として毎年 1 名以上が選出され、研究費や学費のサポートを受けながら研究しています。
2011 年 1 名 2010 年 1 名 2009 年 1 名 2008 年 1 名 2007 年 2 名
2006 年 2 名 2005 年 2 名■ 過去 5 年間における学生の受賞歴
国内だけでなく、国際学会においてもその研究と発表が認められ、毎年多くの学生が受賞しています。
2011 年
2010 年2009 年2008 年
2007 年

D2 李君 Gold Poster Award of TOEO-7
D3 李さん Silver Poster Award of TOEO-7
D2 片瀬君 応用物理学会講演奨励賞
D2 片瀬君 Oral Presentation Award, Symposium L of MRS Spring
D1 片瀬君 JJAP 論文賞
M2 李君 The Best Poster Award of TOEO-6
M2 篠崎君 The Best Poster Award of TOEO-6
D3 小郷君 The Best Poster Award, E-MRS Fall
D3 金君 応用物理学会講演奨励賞
D3 戸田君 先端技術大賞（特別賞）
M2 菊池さん 学問のすすめ賞（材料物理科学専攻）■ 学生の過去 5 年間における国際学会口頭発表
学生自身が国際学会で口頭発表しています。中には招待講演を依頼されたケー
スもあります。ここでは口頭発表のみをリストアップしましたが、ポスター発表も含め
るともっと多くの学生が国際学会の場で積極的に研究発表を行い活躍しています。
2011 年
2010 年

D3 片瀬君 MRS Spring（アメリカ サンフランシスコ）※招待講演
M2 井出君 TOEO-7（東京）D2 片瀬君 ISS2010（筑波）※招待講演
M2 村場君 ISS2010（筑波）D2 片瀬君 ASC2010（アメリカ ワシントン）
3

2008 年

2007 年

D2 片瀬君 MRS Spring（アメリカ サンフランシスコ）
D3 松崎君 E-MRS（ポーランド ワルシャワ）
M2 片瀬君 E-MRS（ポーランド ワルシャワ）
D2 野村君 MRS Fall（アメリカ ボストン）
D1 野村君 日韓ワークショップ（韓国）M2 渡辺君 日韓ワークショップ（韓国）M2 志村君 日韓ワークショップ（韓国）D2 小郷君 E-MRS（フランス ストラスブルグ）D1 西尾君 E-MRS（フランス ストラスブルグ）

4細野・平松研究室へようこそ
本研究室は川副 博司先生（現名誉教授）が 1990 年に開設し、1999 年までは
川副・細野研究室として運営していました。川副先生は 1999 年 3 月 31 日で退職され、細野が研究室を引き継ぎました。2002 年には神谷利夫先生を迎え、細野・神谷研として松石先生と共に昨年度まで運営してきました。2010 年に神谷先生が物質科学創造専攻に異動になり、2011 年の 3 月に平松先生を迎え、細野・
平松研として新しくスタートしました。神谷先生とは引き続き連携体制をとって研究を継続します。当研究室は応用セラミックス研究所という学内の研究所に属しておりますが、総合理工学研究科 材料物理科学専攻の協力講座でもあります。従って、当研究室配属希望の学生は材料物理科学専攻を志望してください。
研究室の主テーマは「電子活性材料の創製─電子状態から探る新しい光・電子・磁気および化学機能─」です。固体中の電子の動きを巧く制御して、新しい機能を実現しようとしています。生き物にみられる効率的な電子の伝達系を、
文字通り無機物の中に造り込もうと考えています。
身の周りのありふれた物質を細工して、人類は文明を発展させてきました。
これからもこの方向は変わらないでしょう。数多くある物質を人類の生活に直接的に役立つ形に工夫したものが「材料」です。いつの時代でもその時代なりの制約があり、材料の研究者はその制約下で革新的なものを創り出す必要があります。今世紀の制約は資源・環境問題と言えます。ありふれた、そして環境
調和性の高い物質を使って、これまでに無い新しい機能やより高い性能をもつ材料を創り出すことがこれからの研究の方向でしょう。電子状態から様々な物質を眺めてみると、工夫次第で新しい機能を発現できる場合が数多くあります。
要は「アイデアと工夫」と頑張り次第で、石ころを半導体や超伝導体といった材料に変身させようという魂胆です。
最近の成果のうちで国際的にインパクトがあると思っているものを 3 つ挙げます。
1. 鉄を含む高温超伝導体の発見
2. セメント原料が透明半導体、金属、そして超伝導へと変身
3. 透明アモルファス酸化物半導体のトランジスタ応用

5研究のやり方としては、「どういった機能を狙うか」、「いかにして作るか」、「どんな物性か」、そして「どんなデバイスができるか」までの一連のことをできる限り研究室内で取り組むようにしています。すなわち、自分たちで設計し、それに合った（または合っていると思われる）物質を探索し、バルクや薄膜試料を合成し、それらの物性を調べ、デバイス特性評価までを一連して行っていきます。当研究室で取り上げる物性は、光・電子・磁気・化学と多岐にわたりますが、共通しているのは電子が主役となることです。人によっては興味
や得意分野が違うかと思いますが、個々の興味を活かした研究が一緒にやっていけると考えています。
自分の名前がつくような新機能の発見を志す人、革新的デバイスを創って大儲けしてやろうという野心に満ちた人、自分の感性や個性を活かした機能材料研究をやってみたい人、大学院に入ったら心機一転して研究に集中してみたい
人を大歓迎します。
自分たちが源流になって世界的な潮流となる研究をしたいと張り切っています。興味を持っていただいた方は是非研究室を訪問してください。

2011 年 4 月

細野

秀雄

6

研究紹介
１．

研究室の目指すもの

膨大な数の「物質」の中で、人間の社会に直接に役に立つものが「材料」です。私たちの研究室は、自分たちが打ちたてた材料設計指針をもとに、以下のような新しい材料を開発しています。
・物質が持つ特有の結晶構造を利用して新しい機能を創る。
層状構造を持つ混合アニオン化合物で、室温励起子発光ダイオードや新しい鉄を含む高温超伝導材料などを開拓しました。特に、鉄系超伝導体
は、現在銅酸化物に次ぐ高い転移温度を有し、当研究室は発見した本家として、現在世界中で激しい競争の中、さらなる超伝導新物質を求めて、探索し続けています。また、0.4 nm の大きさのかご構造からできている
結晶 C12A7 をベースに、新しい透明導電膜、高輝度電子放出源、有機発
光 TV 用高性能電極、反応触媒、超伝導などの機能を開拓しました。
・ 材料研究の新しい潮流「ユビキタス元素戦略」
私たちは、今までは希少金属を使ってしか実現できていなかった機能を、Ca や Al などの豊富で無害な元素だけを使って実現しようとする「ユビキタス元素戦略」を提唱しています。これは、政府の科学政策の大きな柱の一つとなり、2008 年から新しい国家プロジェクトを始めました。これまで開拓してきた C12A7 や深紫外ファイバーはそのもっとも成功しているユビキタス材料の例です。
・ 酸化物でシリコンを凌ぐ半導体デバイスを実現する。
私たちは、透明酸化物半導体(Transparent Oxide Semiconductor: TOS)という新しい研究領域を開拓してきたパイオニアです。アモルファス酸化物半導体で、最高の性能を持つフレキシブルトランジスタを開発し、フレキ
シブル TV、電子ペーパーに有望な新しい材料を提供しました。
材料研究はしばしば、すでにある材料を発展させるための開発に終始してしまいがちですが、これまでに作り出された画期的な新材料－ナイ
ロン、カーボンファイバーや高温超伝導体など－は、そのような改良研
究からは決して生まれません。物質の内部で何が起こっているかをしっ
かり調べ理解すると同時に、他人とは違った発想とアプローチで研究をする必要があります。
7

私たち
ちが目的と
としているののは、こののような独自のアプロ
ローチにより新
しい物質
質と機能をを創り出し、、それらをを人の役に立立つ「材料料」へと進化化させることとです。Naature 誌や S
Science 誌ななどの世界界トップの学
学術誌に掲
掲載さ
れる研究
究成果をあ
あげ、企業とと連携し産産業化するととともに、 その実践研
研究
の過程で
で「真の材
材料研究」ののセンスををもつ学生をを育てるこ
ことを理想としていますす。

図 1.電子子活性の樹
樹（こんな具具合に育っって欲しいとという図）２．

アプローチの特徴
徴
構成元素が資源的にに豊富で、かかつ環境調
調和性に優れれたもののが多いこ
ことから、当研究室はこ当
これまではは酸化物を主主軸としして研究をを行ってきまました。そ の酸化物はは、古くから
ら陶磁
器
器やガラススとして人類
類の発展をを支えてきた
た材料です
す。それ
に
にもかかわ
わらず、酸化化物中で電電子が主役を
を演ずる機
機能は、
以
以前は殆ど
ど見出されてていませんんでした。これはその物
こ
物質の本
本質によるものではあありませんん。私たちは
は、物質に内内在す
る
る特徴的ななナノ構造にに着目し、そその電子状状態や欠陥構構造を制制御・活用することでで、新しい光光・電子・磁気および
び化学
機
機能をもつ
つ材料を創りり出すこと を目指してています。
そしてこれからは酸
酸化物だけ にこだわららず、周期律表にのっ
っているあ
あらゆ
る
る元素を対
対象とするこことによっって探索範囲囲を拡げ、その物質の
の持つ結晶
晶構造
か
から電子状
状態を予測ししながら、材料・機能能探索研究
究を行っていいきます。ただ
試
試料を作るだけではな
なく、計算
算と実験の両両面から電電子状態を調
調べて物質
質のイ
メ
メージを作
作り、研究方方法を考ええています。独自の視視点からのア
アイデアにに基づいいたアプローチで、世世界で「初初めての」、
「最高の」
、あるいは
、
は「唯一の」」結果
果を出せるよう、研究
究を進めて
ています。
8

研究テーマ(1) 独自の攻め方で新材料を探す:新しい高温超伝導体の探索と薄膜・デバイス
化
材料の結晶構造を観、電子構造に思いを馳せ、物性との関係について考えると、どのようなアプローチで新しい特性を持つ材料を作ったらよいか、ア
イデアがでてきます。
超伝導は数ある固体物性の中でも最も劇的でかつ明快な現象です。また、超伝導転移温度 (Tc) の高い新物質が見つかれば、その社会的インパクトの大きさは比類ないほど大きなものです。当研究室では、2006 年にこれまで磁性原子である鉄の化合物は超伝導にならないという常識を覆し、2008 年 2
月には Tc = 26K の LaFeAsO を報告し、世界的ブームを巻き起こしました（図1）。現在、最高の Tc は 56K に達し、銅系材料以外では一番高くなっています。どこまで Tc があがるか世界中で競争になっています（図 2）。

O
F
La

e-

Fe
As

La-O
layer
Fe-As
layer

図 1. 鉄系高温超伝導体 LaFeAsO の結晶構造。磁性を持つ鉄を含むにもかか
わらず超伝導を示すことから、「鉄化合物は超伝導にならない」という常識を覆しました。

本家である当研究室も秘策を持って新規物質探索を頑張っており、つい最
近では、LaFeAsO と同型構造で、重い電子と軽い電子が共存し、それぞれが反強磁性と超伝導を示す新しいタイプの超伝導体 CeNi0.8Bi2 を発見しました（Physical Review Letters 誌）。
9図 2. 超伝導
導の歴史。当研究室がが発見したた鉄系がどこまで超伝伝導転移温度
度がああがるか、世界中が注
注目してい
います。
さらに、鉄系超伝導
導体の物性性研究だけででなく、送送電線などへ
への応用面
面で特
に
に重要とな
なる薄膜作製
製・デバイ
イス化にも注
注力していいます。図 2 は、当研
研究室
が
が、鉄系超
超伝導体薄膜
膜分野でははすべて世界界に先駆けけて実現して
てきたエピ
ピタキ
シ
シャル薄膜
膜と超伝導量量子干渉素
素子（SQUIID）の例でです。

図 3. 世界初
初の鉄系超超伝導薄膜 Co 添加 SrrFe2As2 の超超伝導特性性と試料の写写真（左）。それれをさらにに高品質化 した BaFe2As2 薄膜をを利用して作
作製した超
超伝導
量
量子干渉素
素子（SQUIID, 右）。S
SQUID は磁磁場を加えることによ
よって周期的な
電
電圧の変調
調が見える。
。
10

(2) ユユビキタス
ス(ありふれれた)元素戦戦略: ナノかかご構造と包包接イオン
ンが多彩な機能をを創る
これまで、酸化物のの多様な機機能は遷移金
金属や希土
土類イオンな
など陽イオ
オンを
変
変えること
とで実現しててきました
た。私たちは
は発想を変変え、陰イオ
オンの状態
態を制
御
御すること
とで新しい可可能性が拓拓けないか、、という視視点からアプ
プローチを
をして
い
います。
12CaO・77Al2O3 (C122A7)は、酸
酸化カルシウ
ウムと酸化化アルミニウウムというありふ
ふれた酸化化物から構成成されていいる、何の変変哲もないい物質と考え
えられてき
きまし
た
た。ところ
ろが、原子レベルで結結晶構造を見見直してみみると、陰イイオン(通常常は
2–
O イオン)を包接でききるナノか
かご構造を持持っています。合成法
法を工夫す
するこ
と
とで、ナノかご構造中中に様々な イオンを包包接させることができきます。例え
えば、
–
空
空気中では
は不安定ですすが最強のの酸化力を持持つことでで知られる O イオンをを、
20
–3110 cm 以上の高濃度
以度で安定にに含有させてて、最も安安定な白金さ
さえ容易に
に酸化
で
できました
た。また、C12A7 は典型型的な絶縁縁体であるとと信じられれていましたたが、–
H イオンをを包接させてて紫外光やや電子線を照照射するこことで、透明
明で電子が
がよく
流
流れる状態
態に変えるこことに成功功しました（図 4）。ささらには、電
電子を包接
接させ
–
る
ることで、世界初の室室温で安定定なエレクトライド C12A7:e
C
を実
実現し、電
電界放
射
射型ディス
スプレイ(図図 5 右下)、 電界効果型型トランジスタや有機機発光ディスプレ
レイなどへへ応用できる
ることを実実証し、そのの低仕事関関数はディス
スプレイや
や蛍光
灯
灯の消費電
電力を半減させられる
る電極材料として応用用できるこ と最近見いいだししました。さらにこのの材料は、 超伝導をも示します
す。

図 4. （左）未処理 12
2CaO・7All2O3 (C12A77)粉末。普普通のセメンント材料と同じ白白色。
（右）は H イオ
オンを包接ささせて紫外外光を照射した C12A77 に抵抗テ
テスタ
ー
ーを当てた
たときの写真真。普通のの C12A7 は絶縁体にもはもかかわららずこの試料
料は
電
電気が流れ
れる。

11

このように、ありふ
ふれた原料料だけから構構成される材料でも、 ナノ構造
造を巧
く
く利用する
ることにより、多彩なな電子・光・化学機能能をひきだす
すことがで
できま
す
す。このア
アイデアを追追及していいくことで、、深刻化ししている環境
境・エネル
ルギー
問
問題の解決
決に大きく寄寄与できる
るスーパーセセラミック
クスが誕生す
すると期待
待し
て
ています。

図 5. (左) エレクトラエライド C12A
A7:e– の結晶構造と電電子分布。(中中央) ナノかご
構
構造 (かごごの内径は約約 4Å)。(右上上) 電子がが生成する様様子が色のの変化でわかかる。
((右下) 電界
界放射型発光デバイス
ス。

図 6. C12A77 エレクトライドの特特徴である
る低仕事関数数は、ディィスプレイののバッックライト
トや蛍光灯のの消費電力
力を半減でききる性能をを発揮する。
。

12

(3) 曲
曲がる高性
性能透明トランジスタ
タ:透明酸化化物半導体
私たたちは、19995 年に透明
明アモルフ
ファス半導体体の電子構構造とその優優位性をす
すでに提唱唱していましした（図 7））。さらにはは 1997 年に世界で初初めて、P 型
型透明酸化
化物半
導体
体の設計法とと具体例をを Nature 誌 に報告し、透明酸化物
物エレクト
トロニクスという新新分野を開拓拓しました
た。2004 年 には、酸化化物半導体の特長を活活かして、フレキシ
シブル透明トランジス
スタ(TFT)をを実現しましした（図 8 左・中央））。このトララン
ジスタは世界ででトップのの性能を示しし、Nature 誌にも掲載
載され、世世界中の大学学や企業業が研究を開開始しましした。その僅
僅か 4 年後
後には、曲ががる電子ペペーパーや 12 イ
ンチ
チの有機 EL
L ディスプレイなどがが試作されるなど、大大きな反響
響を呼んでおおり、
今ででは 70 インンチの大型 3D-LCD
3がが試作されるるまでに至至っていますす（図 8 右）右 。
自分分たちの創っった材料でで世界を席巻巻する例にになりつつああります。

図 7.. 1995 年にに提唱した透透明アモル
ルファス半導導体の電子子構造イメーージ。球対対称で広ががりの大きな
なｓ軌道がが伝導帯下端端を主としして形成する
るのがアモ
モルファス酸酸化物半半導体の特徴徴であり、これがアモ
モルファス
スシリコンををもしのぐ
ぐ現在のアモモル
ファス酸化物半
半導体を用用いた薄膜 トランジス
スタ実現へととつながっった。

図 8.. 2004 年にに達成した当当研究室オ
オリジナルのの透明アモ
モルファス酸酸化物半導導体を用いいた薄膜トラランジスタ（ＴＦＴ） は、現在在まで使われれているア
アモルファススシ
リコンよりも２２０倍の移移動度など多多くの優れれた性能を示
示し、作製製も容易なこことから次世代の薄薄型ＴＶをを駆動するＴＴＦＴの本本命と目されれている（（左は TFT の構造、中央はプララスチック基板上に作作製した TF
FT の写真））。右の写真真は、これれを使うことで実現しした７０インチ、超高高解像、３Ｄ－ＬＣＤ
Ｄ。
13

(4) 新新材料・機機能を創るた
ために: 理理論と実験にによる電子子状態の解析
析
やみみくもに実実験をしていいても、新新しい機能・材料を見見つけることとはほとん
んど不可能能です。私たたちは、光
光電子分光法法、パルス
ス電子スピン
ン共鳴法やや X 線回折法などをを用いて、物
物質や欠陥
陥の電子状態
態を直接的的に実験で観観察していいます。さらに
第一一原理計算をを併用することで物質質のイメーージを作り、、物質探索
索や材料設計
計の
指針
針をたてて開開拓研究をを進めていまます。図 9 は、C12A
A7 の中でかかご構造のひずみをを X 線構造解
解析と第一一原理計算でで調べた結結果です。CC12A7 中の
の電子数が
が増え
るに
にしたがっててかごの形
形がきれいにになり、電電子の通り道道である波
波動関数が拡
拡がってていく様子がが見えますす。

図 9.. (左から 1 番目、3 番目の図)
番
M
MEM/Rietveld 解析で観観測した電電子密度。左のかご
ご構造は酸素
素イオンがが入っている
るためにひひずんでいるる。(左から
ら 2 番目、4 番
目のの図) 第一原
原理計算で求めたかご
ご構造のひ
ひずみと電子子密度。電子
子数が多くなってか
かごの形がききれいにな
なると、波動動関数が結結晶全体に拡拡がる(右図
図)。

14

研
研究設備
備
世界
界最先端の最最新設備をを駆使して、、世界一のの結果が出せせるよう日
日々精進してていますす。ここではは HP に公開していな
ないつい最近入った代
代表設備を 紹介します
す。

PPM
MS,

S
SQUID-VSM

抵抗
抗率・磁化率率・比熱といった超伝伝導研究にには欠かせなない物性をを測定する装装置
ですす。液体 Hee 代を抑えるために気気化した Hee を再生するための再
再凝縮装置
置を取
り付
付けています
す。

グロ
ローブボ
ボックス
ス
1ppm
m 以下の酸
酸素濃度・露露点マイナ
ナス 90℃以下
下の不活性性でドライなな環境下でで、たとえ
え大気中で取取り扱えなない試薬でああってもそ
それを使ってて試料合成成ができます
す。

15

高圧
圧合成装
装置
現在
在立ち上げ中中を含めると 4 台の高高圧装置をを使って新ししい試料合合成に取り組
組ん
でい
います。

低温
温 XRD
D
キャピラリー式
式透過型 X 線回折装置
置です。液液体 He を吹吹き付けるることによっって、
およそ 20K ほどまでの低低温測定が可可能です。

16

PLD-MBE
E 複合成
成膜装置
置
パル
ルスレーザー
ー堆積法(PPLD)としてては 5 種類のの励起源をを、そして分分子線エピ
ピタキ
シーー(MBE)とししては 3 つの K セルとと 1 つのククラッキング
グセルを併併せ持つ複合合成
膜装装置で、試料
料準備室ははグローブボボックスとも連結させせています
す。現在立ち
ち上
げ中
中です。

17

著
著書紹介
介

担当編集者
者よりひと言言
もう、話話し出したら止まらない ！しかも内容
容が難しくてつついていけなない…（涙）。それが、最初初にお会いした
たときの、細野野先生の印象象でした。しかかし、取材を重重 ねるごとにに、先生は文文系出身の私ででも理解できるるレベルで話
話をしてくださ
さるようにななりました。話話し出したら止まらないののは相変わららずですが、そその主張するる メッセージジは一貫してていて、ブレのなないもの！また、先生は写写真集を購入入するほどの大大のネコ好きで、時折触れれるネコの話
話に癒されまし
した（笑）。先先生ご自身 が
が、
「これまで
での研
究人生の
の区切り」とおっしゃる珠
珠玉の一冊。ぜひご覧くだださい。世界
界的発見の舞台
台裏と、発見見にいたるまででの思考法がが書かれた本書
書は、間違 いなくい
読みごた
たえ十分ですす！

サン
ンマーク出版
版（1400 円）
円

研究
究室の成
成果をわかりやす
すい
本と
として出
出版
ソフ
フトバンクククリエイテ
ティブ（9000 円）

18

産学
学官連携
携ジャーナ
ナル特集
集記事
産学
学官連携
携の新たな挑戦細野
野秀雄・東京工業
業大学教
教授
材料
料科学の
の“新大陸
陸”を発見
見
研究
究にオー
ール・オア
ア・ナッ
ッシング
グはあり得
得ない
材料科
科学の分野でで、世界中ををあっと言わ
わせるホー
ムランを次々とス
スタンドにたたたき込んででいるの
野秀雄・東京京工業大学教教授だ。科学
学技術振興が細野
機構（JST）戦略
略的創造研究究推進事業の プロジェ
務め（ERAT
TO：1999－22004、発クトリーダーを務
究 SORST：2004－2009）、常識を覆
覆す大成
展研究
果を挙
挙げた。細野野教授の研究究テーマは透透明な酸化物。かかつては絶縁縁体、つまりり電気を通ささない物質とというのが一
一般的だったた。ところが細野
教授はは、教科書にに「絶縁体のの代表」と記記載されていいた酸化物ででも優れた導導電性材料ができることを実証し、、科学技術のの“新大陸”をを発見・開拓拓してきた。1 本目のホーームランは、PET
ルでおなじみみの PET の上
上に、IGZOO という酸化化物（アモルファス酸化物物）で、透明明の高ボトル
性能薄薄膜トランジジスタ（TFTT）を作り上上げたこと。曲げても機能する TFT で、2004 年の成年果だ。
。透明 TFT と言えば液晶ディスプレれているのがが有名。現在
在はアモルフファス
レーに使われシリコンによる TFT が最も多多いが、これれに置き換わわる新材料のの登場だ。2 本目は、セメン
酸化物（12C
CaO・7Al2O
O3）。何のここともない普普通の材料だ
だが、この物
物質構造の特特殊性
トの酸（ナノポーラス））を解明し、それを操作作することでで、半導体（22002 年）、金
金属（2007 年）、年
導（2007 年）に変身することを実証証した。3 本目のホーム
本
ムランは、20008 年 2 月に
に発見
超伝導
した鉄
鉄系超伝導のの発見だ。886 年の高温超超伝導以来、初めての新
新系統の物質質で、狂騒曲
曲の再現が始始まっているる。10 年前には想像もつつかなかったた新しい世界
界をいかに切切り開いてききたのか、細細野教授におお聞きした（松尾義之） 。

材料料研究は10年「「成果を挙げげ続ける戦略は何ですか」」と聞かれる
るのですが、それほどのの戦略があるるわけ
ではな
ないんです。
。1つ言えることは、こ の分野が、そそれだけ肥沃沃（ひよく） な土地だとということでです。少なくくとも僕はそそう思っていいるから、新しいことを見見つけようとと探している
ると、
19

せずに自然ににいろいろな
な成果が出ててくるんですす
無理せよ。セ
セメントの化化合物、アモモルファス酸酸化物、鉄系
系超伝導体
体と、一見何
何の脈絡もな
ないように見見えるかもししれませんん。でもやっってる本人にには筋道はああるんです。すべて、、固体酸化物
物をベースににした材料でで、その構造
造をうまく見ながら、、新しい機能
能を探していいる。すべてては
結果出てきたたことなんでです。材料やや物質の研究
究でその結は、110年ぐらい食
食らいつかな
ないと、新ししいことにはは結び付かかない。僕のの場合も、EERATOとSO
ORSTの合計1
10
年のプ
プロジェクトで、フレキ
キシブルTFT
Tと30Kの鉄系
系
超伝導
導は、後期にに入ってからら出たのですす。「継続しして頑張る」ことが重重要ですね。そういう意
意味では、材材料
は、長期にわわたる支援がが生きる分野野です。一遍遍に
科学は10億円もらうより、1年に1億億円ずつ10年
年もらう方ががはに成果が挙ががります。鉄鉄系超伝導をを発見して、あらためてて「最初にゴゴールを切るのはるかに気楽だだなぁ」と感感じます。転転移温度が上上がったり、ほかから次次々と成果ががもたらされます
が、結
結局、ルーツツは僕らにああるからです 。1番だから焦る必要がない。開拓者者の特権です
すね、
当たっったときは。
。

ガラ
ラス屋の来
来るところ
ろじゃない
い
高
高い電子移動動度をもつアモルファス酸
酸化物半導体体の物質設計計というコン
ンセプトは、1995
年のア
アモルファス
ス半導体国際
際会議で初めめて発表しまましたが、「「ガラス屋のの来るところじゃない」」と嫌み（？）を言われれました。そそもそも当時
時は、アモルルファスの酸
酸化物でまともな
半導体体ができるな
なんて信じらられていませせんでしたかから。
アアモルファス半導体の話を耳にしたののは東京都立立大学の学生
生のときで、 現在JST 研究開
研
発戦略略センター上上席フェローー（当時は電電子技術総合合研究所）のの田中一宣さ んの情熱にあふれた講講演を聞いたたのです。いいずれ取り組
組んでみたいいと思い続けけ、1993年にに名古屋工大から東工大大に移ったととき研究テー
ーマに上げまました。アモモルファス半半導体の会議議で発表したのは、そういいう因縁がああったのですす。
こ
この会議は20000年ぐらいから風向きがが変わり、アアモルファススシリコンにに代わる新ししい半導体がが必要で、有有力なのは有有機物質だとと言われていいる中で、僕
僕らが2003年
年に酸化物で高性
能なT
TFTを作ってて見せたわけけです。大ききく注目されれたのは、2004 年にフレ
レキシブルな
なTFTを作っったときですす。1995年のの発表を覚ええていた人ががそれなりににいて、10年
年前の仕事が出発点でああることがよよく理解されれました。
そ
そしたら、産産業界が飛び付き、一気にに酸化物の方方に傾いてききました。ここれは想定外外でし20

た。22005年の国際際会議に分科
科会ができ、 いきなりプ
プレナリー講講演をするこことになったのです。そそして2007年
年の会議ではは、ついにアアモルファス
ス酸化物の発発表件数が、 アモルファスシ
リコンを抜いちゃゃったんですすよ。ガラス
ス屋の来るとところじゃな
なかった国際
際会議が、です。
年の会議でももプレナリー
ー講演を依頼頼されていまますが「あいいつが15年前
前にこの分野
野の発
2009年
端を作
作ったんだかから」といううことだと思思います。
世
世界最大のデディスプレー学会（The S
Society for Infformation Display）が、特特別功績賞をを出してくれれました。アアモルファス
ス酸化物で高高性能なTFTTを作り、ディィスプレーへへの応用に貢貢献したことが理由。うれしいのはは、ディスプ
プレーの専門門家でもなく、ただ新し
しい酸化物のアモを作りたいとと思って始め
めた仕事が実実を結んだこことですね。
ルファス半導体をこ
この仕事は、実は別の見方ができるんんです。半導
導体の基本ははシリコンでです。アモルルファ
スシリコンは、シシリコンといいう名前がああったから注
注目された。そして「アアモルファスシリで成立していいる理屈は、すべてのア
アモルファス
ス半導体に成成立する」と みんなが勘違い
コンでし、酸酸化物なんててゲテモノがが使えるわけけがないと思思ったんですす。しかし、 酸化物ではアモ
ルファスでも大ききな電子移動動度が見られれるのには、きちんとしした理屈がああるのです。
ア
アモルファス半導体一般の中で、共有有結合性の半半導体は、半
半分なのですす。日本全体体を見たとき
リコンは東京京で、銀座通通りもあるしし地図もよくできている
るけど、非常常に狭き、結晶シリい領域
域にすぎませせん。名古屋
屋には名古屋
屋の、九州にには九州の良良さがある。 僕らはそういう広い視視点で仕事ををしてきたかから、新世界
界を開くこととにつながっ
ったのでしょ う。物質を広く眺めるのは大事だ
だと思います
す。

オリ
リジナリテ
ティーの系
系譜から
1 993年に東工工大にくるままでは、名工工大にいました。
ラスのエキスパートである阿部良弘先先生（研究室室のボガラス）は、オリジナリティーのの高い人ですす。あんなににオリナリティーのある先生、そそうはいませせん。学生時時代のジナ
恩師師でした都立立大（後に東工工大）の川副副博司先生もまた、すささまじくオリジナリティーのある人ででした。共にに、あ意味で、研究の実績だけでで生きてきたた方です。逆
逆に言る意
うと 、オリジナルな研究をややらなかった
たら、競争ににならいわけですね
ね。彼らの基準
準ははっきりりしていて、日本ないの中中の評価なん
んかどうでもいいから、世世界が認めるる研究をすすること。そういう点ではは、両先生ととも非常に厳
厳しい
方で
でした。
世
世界が認めてて、明らかににその人がいいなかったらできないい仕事がオリジナリティー。研究とはは、人と違っったこ
21

やる孤独な仕仕事なんだとと肌身に感じじました。
とをやER
RATOのプロ
ロジェクトリーダーに推推薦された経経緯は正確には知りません
ん。ERATO
O担当のJST
T職員が、いいろいろな人
人に聞き取り をして候補に挙げてくれれたのだと思思います。取取り上げられれた業績は、、たぶん、ガラスの点欠
ガスの酸化物半半導体でしょょう。
陥の研究とアモルファス
この段段階で、よくく推薦してくくれたと思いいます。そうういう意味で
では、僕にと っては本当に偶然に近近いのです。
。でも結果ととして、JSTにには「目利き」の職員がおおられたといいうことですすね。
ERAT
TO に拾っててもらわなか
かったら、短
短期間でここ
こまでの成果果は得られな
なかったでしょう。
ER
RATOのリーーダーはやっっぱり厳しいいです。人ののまねなんかかしたら、す
すぐばれてしまう。
「あんんなに金もららって、ろくくな仕事やっってない」とと研究者の評
評価は厳しいいです。成功したか失敗
敗したか、自自然にわかっってしまう 「針のむしろ
ろ」です。

セメ
メント材料
料のヒントは学生実
実験だった
ER
RATOの研究究構想を出す
すとき、自分
分のやってきた仕事を振り返返りました。
。そして、自自分のやっててきた中から、小さくてもいいいから、今今なお不思議議で、どうししてもやりたいテーマを選ぼ
ぼうと考えまました。そのの1つがセメ ントの化合物物だったのです
す。セメント
トの材料は、何か出てき そうな気がして仕方なかっったんですよよ。このテー
ーマは僕にととって歴史がが古く、1986年年にそのガララスが感光すする現象を見見つけて、ドイツの第1 回オ
オットー・シ
ショット研究究賞を頂いてています。何
何も加えていない
いセメントののガラスに紫紫外光を当ててるだけで感
感光する、という非常に不思
思議な現象でで、そのメカカニズムを解
解明したの
。
です。
き
きっかけは、名工大で石灰
灰とアルミナ
ナを混ぜてセセメントを作作る学生実験
験を見ていたた時でした。
。早く済ませせるために、いったん溶
溶かすんです
すが、それをを流し出すと 、赤い色になって、冷冷めても黄色色い。「あれれっ」と思いいました。石石灰とアルミナで色がつつくはずがないからですす。
何
何か、面白いい現象があるに違いない と直観しましした。そこでで高純度の試
試薬をもらっって作ってみみても、同じじことが起ここる。こうしして作った感感光性ガラス
スは、光を当当てると褐色に着色し、、光を切ってても消えないい。ところがが、ガラスをを溶かす条件
件を還元性雰
雰囲気にすると、光が当当たったとききだけ青くな
なって、そのの後消えるガガラスができきた。成分ががまったく同じなのに、、溶かす条件
件を酸化性のの雰囲気と還還元性の雰囲囲気に変える
るだけで、2つつのフォトククロミ
ック・ガラスがでできてしまっったんです。

22

セメ
メントに電
電気が流れ
れた！
ER
RATOを始めめるときに、何であんななことが起きたのか、不思
思議だと思いい返しましたた。もしかしたら、結晶
晶に秘密がああるのかもししれない。そそこで、粉末末、薄膜、単単結晶の全部をそて、材料研究究の理想型ととして研究ししてみようとと始めましたた。それがう まくいった。単ろえて結晶ががなかったらら、わからななかった。
ま
まず当時のガガラスを再現するため、酸酸素のある雰
雰囲気で作っってみた。言言われた学生
生はまじめだ
だから、ボンンベからきちちんと酸素をを流して作っった。そしたたら、名工大大の時とは全全然違うもののができてししまったのでです。分子構構造の籠の中中に入っていいたのは、O－－（オー・ママイナス）とといって、ここんなにすごごいの見たこことない、といいうぐらい強強い酸化力ののイオンでしした。
この発発見は偶然でです。
次
次に、今、東工工大の別の部
部門の准教授授をしている林
林克郎君（当当時は博士研研究員）に 「これを還元して」と頼んんだ。彼は水
水素を流した
たのです
できたものののエックス線
線回折の測定定をしたが、で後の試試料には、エエックス線がが当たった位位置が着色してていたんですすよ。「これ
れ、先生が昔
昔見つけたやつ
つですよね」」と持ってききた。「いやや、色が違う」」。昔は黄色色だったのにに今度は緑だだったのです。
。
結結晶で緑にな
なるはずがないので、も う1 回やっててもらいまししたが、間違違いない。そそして
光吸収
収をはかっててみたら、可可視域は通る
るのですが、赤外域が通通らないんでです。赤外域
域が通らない
い（自由電子子による吸収収）と電気がが流れる現象象があるのでで、あるいはは……。実験
験してみたら、やっぱり電気が流れれていたんでです。あんな
なにびっくりしたこと、 いままでないな
セメントに本
本当に電気がが流れちゃっったのです。キツネに化化かされていいるんじゃないかあ。セと、ま
まず林君が僕
僕のほっぺたたをつねる。 僕もつねっったんですよよ。
こ
この仕事はNaature に出た
たけれど、そのの発表がされれる前に、新聞社の人が新生（現北澤宏一先生
在、科
科学技術振興興機構理事長長）のところろにコメントトをいただききに行ったんんです。北澤澤先生
はMIITでアルミナナの研究で学
学位を取ったた専門家で、アルミナがどどのぐらい電電気を流さなないか
1番よ
よく知っていいる。第一声
声は「ガセネ タじゃないの」。かくか
かくしかじかか、こういうう理由
らしいいと説明を聞
聞いたら「そそれならありりうるかな」。この反応
応は1番うれししかった。アアルミ
ナを11番知っていいる人が「もしかしたら 」と思ってくれたからでです。
そその後この物
物質は、金属になって、超超伝導になりました。ででも、超伝導導になった時時よりは、電電気が流れたた時の方がう
うれしかったた。学生実験験だって、よよく目を凝ら
らしてみると、ネ
タがた
たくさんあるるんですよ。

23

材料科学の条件は、社会に役立つこと
よく「挑戦的なテーマはオール・オア・ナッシング」と言う人がいますが、それを聞くと「ああ、この人は本当の研究をやっていないな」って思います。そんな研究などあり得ないからです。一生懸命やっていると、必ず新しい考え方やヒントが出てくる。物質は多面的だから、ある面で切ったら見えないかもしれないけど、別の視点で切れば、必ず新しい顔を見せてくれるんですよ。
材料科学を縛るのは、世の中のために役に立つ、それを目指すことだけです。すぐに役立たなくても構わないけれども、いずれ必ず社会の役に立つことをする、それを目指すのが材料科学の最低条件なんですね。
聞き手・本文構成：松尾 義之
株式会社白日社 編集長

インタビューを終えて東京電力科学誌「イリューム」編集長
あまり伝えられないが、日本の科学技術の本当の強さは「本物の研究」がきちんと存続・支援されているところにある。正式な組織があるわけではないが、きちんとわかっている
人々がいて「あの人の仕事はいい」と評価している（としか考えられない）。当の研究者を含む彼らを、私は「豊かな地下水脈」と呼んできた。細野先生もまたその1人、ピカピカの一級品としか言いようがない。
1986年の超伝導騒動の折、後にノーベル賞を受賞するミュラー博士にロンドンで失礼な質問したことがある。「あなたが発見の根拠としたヤン・テラー・ポーラロンを信じている科学者は皆無のようだが……」。博士は壇上から私の席までやって来て、持論をまくし立てた。こっちも「なら、どういう実験で証明するのか」と反論すると、最後は「I will do」だった。クリスマス講演会で有名な講堂での出来事である。卓越した科学者に共通するのは、深い知識と合理性に基づきつつ「極端にバイアスをかけた論理」を展開することだ。
細野先生にこの話をしたら、「それが“信念”なんです」と切り返された。「ただ、女房に言わせると“僕の勝手な思い込み” になる」。一級の科学者は話術も1つ抜けている。

242011年3
2
3月に掲
掲載され
れた
Tookyo Insstitute of Technnology Bulletin
B
記事

掲
掲載URL
L：httpp://wwww.titech.aac.jp/bu
ulletin/inndex.htm
ml
このペーージにアクセセスすると以以下記事のインタビューがご覧になれれます。

―――――――――――――――――――――――――――――――――

IIn searcch of neew funcctional materiamalsA
An interview
w with Hideoo Hosono off the Frontier Researchh Center to hhear more aboutahis reesearch on new
n functio
onal materiaals.

25

研究
究紹介

鉄
鉄系超伝
伝導体薄
薄膜を用い
いたデバ
バイス応
応用
D3 片瀬
瀬貴義
20008年2月、私私たちの研究究グループににより、F添加加LaFeAsO（LaFeAsO1-xxF x）が26Kとと高い温度でで超伝導現象
象を示すといいうことを発発見されて以以来、「鉄」をを含む超伝導導体「鉄系超超伝導体」がが新しい高温温超伝導体ととして認識さされ、世界中中で集中的な
な研究が立ちち上がり、現現在その最高
高Tc（超伝導導に転移するる温度）は、 YBa2Cu3O7-δに代表されれる銅系酸化化物系超伝導導体を除けばば最高の56K
Kにまで達ししています。この鉄系超伝伝導体は、第2種超伝導体
第体に属していいて、銅酸化化物並に高磁磁場中でも超超伝導現象をを維持するこことが可能でで、さらに、、銅酸化物ととは異なった
た利点も有すするために、、実用上非常常に期待でききる新材料でです。
超超伝導体は、電電気抵抗が完
完全にゼロでである（完全全導電性）、外部磁場をを内部から排排除する（完
完全反磁性）、ごくバリア層を通通して電圧ををかけずに電電気が流れる
る（ジ薄いバョセフソン効果））といった特特異な現象をを示します。私はまで、鉄系超超伝導体のC
Co添加BaFe2 As2においてて、ジ 図 1::粒界ジョセ フソン接合の構造
これまョセフソン効果をを用いた超伝伝導デバイス
スの作製を行
行
きました。図図1に作製ししたジョセフ ソン接合素子
子
ってき
の構造
造を示しますす。面内の[1100]の結晶方
方位が対称的的になるように接合ささせたバイククリスタル基基板上に、エエピ
シャル薄膜をを形成し、傾傾角粒界を含含んだブリッッジ
タキシ
構造にに加工していいます。図2
2にマイクロ ブリッジのII–V特性を示します。
。非線形型ののジョセフソ
ソン接合に特特有V特性が得らられ、傾角粒
粒界がバリア層層の役割を担担なI–Vい、ジョセフソン接合としてて動作しましした。さらにに、

図 2:ジョセフソ
2
ソン接合の I–V 特性

ジョセフソン
ン接合を応用用して超伝導導量子干渉素素そのジ子(SQQUID)を試作作しました。SQUID素子
子はジョセフソン接合
合素子を含んんだ超伝導ルループでの磁磁束の量子化化現象を利用したデデバイスで、超微弱な磁磁場の検出器器と認識されていいます。実際
際に、外部かから磁場を印加して認すると、周期的なな電圧変調がが観察され、SQUIDとして
図3はノイズ特性）。これ
れらは、鉄系超動作しました（図
体薄膜を用いいたデバイス
ス動作の最初初の実証の成成伝導体
果ですす。今後は、、薄膜オリジジナルな特徴徴を生かしてて、

図 3:SQUID のノ
ノイズ特性

さらに
に新しい研究究成果を目指指していきた
たいと思って
てい
ます。
。
26

研究
究紹介

The solar cell abbsorbing energy ofo UV ligght
D3 李 敬美
Reecently, blackk or blue solarr cell panels hhave been seeen in ourenviroonment such as on the roo
ofs or light staands on the sttreet. They
absorrb only limited range of lig
ght among soolar radiation (the bottom
solar cell in Figuree 1), and it means that the rest of them is converted
into hheat or reflecttion loss. Theerefore, manyy researchers have studied
the soolar cells reduucing energy loss by applyying various materialsmwhichh can capture all the energ
gy from sun, aas shown Figu
ure 1.
Seemiconductor has the bandd gap which iss the gap betw
ween theband bound electroons (valence band) and thee empty bandd (conductionnband)). Electrons inn valence ban
nd can move tto conductionn band when
it getss energy enouugh to releasee from the vallence band. SolarS
cells,
compposed of p andd n type semiiconductors, uuse this charaacteristic and Figure 1. Soolar spectrum
m andmakee a depletion regionrwhen conjunctcthemm. When solaar light witheach solar ccell using it

greateer energy thann the band gaap of the semiiconductor paasses
through the solar cell,c it may bee absorbed byy the materiall. This absorp
ption takes thhe form of aband--to-band electtronic transitiion, so an eleectron/hole paair is produceed. If these caarriers can difffuse
to thee depletion region before th
hey recombinne, then they are separated
d by the electrric field, as sh
hown
in Figgure 2.
Myy study is to applyatranspaarent amorphoous In-Ga-Znn-O (a-IGZO)) semiconducctor into the solarscell abable to absorbb the energy ofo UV light. aa-IGZO basedd solar cell caan absorb shorrt wavelength
h of
400 nnm corresponding band gap of 3 eV ammong the solarr radiation and a-IGZO baased solar celll can
expecct to increase open circuit voltage and m
may lead to in
ncrease in thee efficiency (aa-IGZO basedsolar cell is categoorized to the topt solar cell in Figure 1.)

Figure 2. a-IIGZO / Si sollar cell

27

研究
究紹介

新し
しい高温
温超伝導体
体を目指
指して
D3 柳基勲柳私
私は鉄系超伝導導体に関するる研究と共にに、新しい高高温超伝導体体を目指してて新物質の探探索を行ってています。具体的には、
具
鉄系超伝導導体の代表物質である111
11系と呼ばれれるZrCuSiA
As型層状化合合物の中でもも、特に3d遷
遷移金属を含含む伝導層ををもつ層状構構造に着目ししています。そのZrCuSiAs型構造はは、下図のよように絶縁層層と呼ばれる
るLnO層(Lnはは希土類)と伝伝導層と呼ばばれる属）層から構構成されていいる。Mサイトトは鉄のほかか様々
MAs (MはMn, Fe, Co, Niなどの3d遷移金属
遷移金属に置
置換が可能でであり、Mnのの場合は反強強磁性の半導導体、Coの場場合は強磁性
性金属、
な3d遷
Niの場
場合はFeと同同様の超伝導導、と様々なな物性を示すす。
高い反強磁性の転移温度をを示す銅系超超伝導体や鉄鉄系超伝導のの場合には、 電子や正孔孔を添
磁性配列を崩崩すことによ
よって、高いい温度で超伝伝導が発現してい加することによりその反強磁。そこで本研研究では、高高い反強磁性性の転移温度度を示すMn系
系1111化合物物に注目しまましたます。
（下表表）。これままで知られたLnMnPnO (PPn = P, As, Sbb)に加え、L
Lnをアルカリ
リ土類金属(SSr, Ba)に置換換すると同時時にOをFに置置換したAeM
MnAsF(Ae = Sr, Eu, Ba)をを新たに合成成し、電子やや正孔のドーーピング効果果を検討してています。現
現在のところろ、これら一
一連のMn系化化合物から新新しい
超伝導
導体は得られれておりませせん。しかししながら、Fe系化合物ととは異なってて、第一近接接の面
内Mnn間に強い相相互作用があり反強磁性のが面内の距離離に依存する
る傾向を示すすことの転移温度がを明らかにしましした。この後後この強靱なな反強磁性配配列を何らかかの方法で消消すことができれ温度の新超伝伝導体としてて有望である
ると信じて日日々研究してています。
ばより高い転移温

図：ZrrCuSiAs 型構構造を有する Mn 系 1111 化合物
表 ：特性の比較
較

28

研究
究紹介

鉄系
系超伝導
導体にお
おける水素
素ドーピ
ピングの
の効果
D2 半那
那 拓
20008年に本研究究室にて発見見された鉄系
系超伝導体LLaFeAsO1–xFxを皮切りに 数多くの鉄系超伝導物
物質が急速にに研究、発見見されてきまました。そのの中でも希土土類酸化物層層をブロック層、鉄砒素
素層を伝導層層とした1111系と呼ばれれる構造を持持つ物質RnFeeAsO(Rn=希 土類)は酸素
素サイ
トをフッ素で置換換または、酸酸素サイトにに欠損を意図
図的に入れるることによっって電子ドープを最大で55Kとという高い超超伝導転移温温度Tcを持つことが知られれています。
。
行い最超超伝導研究における醍醐味味の一つに高高いTcを目指指すという事
事がありますす。Tcが77Kをを超え
れば液液体窒素下ででの使用が可可能となり実実用化に向けけての大きなな一歩を踏みみ出すことができます。
。残念ながら
ら現在のとこころ鉄系超伝伝導体のTcは55Kで頭打ちちとなっていいます。一般
般的に、鉄系及及び銅系超伝伝導体では電電子または正正孔ドープ量量に対してTcが上昇し最適適値を頂点としてドーームを描くこことが報告さされていますすが、鉄系超超伝導物質で最も高いTcをを持つ1111系
系においてははオーバードープ側の挙挙動が見えてておらず、ドープが可能な固溶限界もも約20%程度
度で現在のTTcが本当に最最適値である
るのかを判断断することがができませんん。これらの問問題を解決すするために本
本研究ではフフッ素の代わわりに水素ををH–としてドドーピングすする方法を発発見しましたた。そして、、水素は1111系化合物にに対して先述述のフッ素やや酸素欠損よりも固溶限界界が広く、440%以上のドーピングがが可能で有る
ることが分か
かってきましした。これらのの結果から一一部の1111物
物質の上昇することとも明らかにになってきてています。さらに、水素はは加熱するこことで気化しし試料
Tcが上
内の水
水素の含有量量を容易に決決めることがが可能です。これらの水水素の特性をを生かして鉄鉄系超伝導体体におけるドーピング依依存性を系統
統的にまとめ
め、明確にすすることで、なぜTcが55K
Kで止まってているのか、、より高いTcを得るには どのようなアプローチがが必要かを知知る手掛かりりが得られると考えていいます。またた従来超伝導導を示さないい類似物質にに対しても、 もっと高濃度の来れば超伝導導を発現する
る可能性がああります。“新新しい”、“777Kを超えた
た”といドーピングが出来
魅力的なキー
ーワードを実実現することとを意識してて日々研究をを行っていま
ます。
った魅

29

研究
究紹介

アモ
モルファス酸化物
物／金属
属のショットキーー接合
D2 李 棟熙
毎毎年日本で開かれる「フララットパネルルディスプレレイ(FPD)の総
総合技術展」」では、世界
界中の企業かからの試作品品も展示されれ、高解像・
・大画面3Dテ
テレビや透明明で曲がるデディスプレイ
イなど
次世代代に向けたデディスプレイ
イが見学でききます。そのの次世代ディスプレイのの性能は、特特にディスプ
プレイに欠かかせないスイイッチング素素子(薄膜トラ
ランジスタ、TFT)など個個々のデバイイス特性に大大きく影響をを受けますがが、2004年当当研究室が発発見した新ししい半導体材
材料TAOS（透透明アモルファス酸化物
物半導体）をを用いたTFT
Tが、従来ののアモルファスSiをベーススとしたTFT
Tではできない優れれた特性を持持つことからら、ディスププレイ応用をを目指して猛猛烈な研究開発が実現で進められてきまし
した。たったた数年間ですすでにTAOS TFTを用いた
たLCDが実用用化されよううとしており、使ええる新材料発発見の威力をを実感していいます。
てきてTA
AOSの半導体
体材料としてての歴史は他
他の半導体にに比べまだ浅いため、これれからTAOS
Sをベースとしたオプトエレクトロ
ロニクス展開開のためにはは、より優れれた特性のTAAOS材料やままだ実れてない高性性能p型半導導体の開発は もちろん、T
TFT以外のオ
オプトエレククトロニクススデバ
現されイス作
作製とともににそれらの物
物理的な特性性をきちんとと調べる必要
要がありますす。そこで私はTAOS
Sと金属のシ
ショットキー
ー接合による デバイスに着着目していまます。簡単なな構造を持つつショ
ットキ
キー接合は半半導体側の電電子状態評価価に有用でああるとともにに、別の誘電電材料層を必要としない
いMESFETやや太陽電池ななどの光セン
ンサーに応用用ができる長長所を持ちますす。半導体ととそれより大大きな仕事関関数をもつ金
金属を接触ささせると、通通常は整流性性を示すショ ットキー接接合ができまます。しかしし、酸化物半半導体の場合合はショットトキー特性ののバラツキがが大きく（作作製条
件によっては極端端な場合オー
ーミック特性性を示すことともある）、理
理想的なショ
ョットキー接接合をのは難しいこことが知られれています。しかし、Ptを用いて半導導体との界面
面に与えられれる悪得るの影響をできるだけ
け抑えることとで、TAOS ／Ptの良好ななショットキキーダイオー
ードを作製すするこできました。
。
とがで
本
本研究室の長所所としては、、研究に集中中できる環境
境はもちろん
ん、先生方やや先輩皆さんんからのアドバイスや蓄蓄積されたノノウハウが多多いことと思思います。ままた様々なババックグラウンドった人々が集集まっている
るため、互いいに刺激し合合い学び考ええることで研研究生活以外外にもを持っ一層広広がった視野野を持つこととができるとと思います。

a-IGZ
ZO／Pt ショットキー接合
合の J-V 特性
性

a-IGZO
O／Pt ショッットキー接合ををもちいた ME
ESFET の伝達
達および出力 特性

30

研究
究紹介

層
層状構造
を持つ新
新規超伝
伝導体Sr1-x
1 LaxFe2 As2
D1 村場
場 善行
層状構造を持つ
つAeFe2As2(AAe =Ca, Sr, B
Ba, Eu)はAe原原子層とFe-A
As層が積層 した結晶構造造を取ってています。ここれらの物質質群はFeAs層
層が電気伝導導層となってており、構成成元素の一部
部を置換しててFeAs層にキキャリアを注
注入する事にによって超伝伝導が発現しします。 例ええば、①2価
価のAe
サイトを１価のK
Kで部分置換
換して間接的的にFeAs層にに正孔を注入入、②Feをd電電子が1つ多いいCo
分置換して直直接的にFeA
As層に電子をを注入する事
事で超伝導がが誘起され、 FeAs層に間間接的で部分にキャリアを注入入した方が超超伝導転移温
温度が高い傾傾向がありああます。しかかし、間接的にキアを注入した
た例は、正孔孔を注入したた例（Aeサイ
イトをKで部分分置換）しかか無く、電子子を注ャリア
入した
た報告例は無無いため、正正孔と電子どどちらを間接
接的に注入しした方が高いい超伝導転移移温度をもたたらすのか興興味が持たれれていましたた。そこで、Aeサイトを
を3価のLaで置置換する事でで間接的に電電子を注入しした物質の合合成を試みまました。
その結果、2万万気圧程度のの高圧下でAeeFe2As2にLaを部分置換しした物質を合合成する事がができ、分置換した物物質が22Kで超超伝導になる
る事が明らかかになりましした。
そのうちSrFe2Ass2にLaを部分場合(K置換:38K)と比較 して超伝導転転移温度は低低くなることとが実験的にに分か正孔を注入した場
なぜ正孔を注
注入した方がが、超伝導転転移温度が高くなるのか ？②AeFe2Ass2の中りましたが、①な
ぜSrFe2As2だけがLaを部だ
部分置換する
ると超伝導をを引き起こすのか？③バン
ンド計算でははLaでなぜで置換換すると電子子的な不安定定があるとさされているがが、電子構造
造は実際にどどのようになっているののか？といっ
った疑問が出出てきます。

Reisitivity (mΩcm)

今後はそれらの疑問を解明
明していこううと思ってい
います。
0.4
0.3
0.2
0.1

(a)

0.0
0.0

4πχ

A
Ae
F
Fe
A
As

図 1: AeFe2As2 の結晶構造.. Ae は(Ae =Ca, Sr, Ba, Eu).

-0.5
-1.0

0

(b)
10

20

30

40

50

Te
emperature (KK)

図 2: Sr0.6La0.4Fe
F 2As2 の(a)電電気抵抗率(b)磁化率の温
温度依存性

31

研究
究紹介

透
透明アモ
ルファス
ス酸化物
物TFTの動作モデ
デル
D1 安部
部勝美
本
本研究室で発見見された透明明アモルファ
ァス酸化物半半導体In-Ga--Zn-O（a-IGZ
GZO）は、そその電子構造造に由来する
る高い電流能能力（移動度度）から、従従来のアモルルファスSi（aa-Si）に変わわる薄膜トランジスタ（Thin-Film--Transistor，T
TFT）の半導導体材料としして注目されれています。2011
在、最初の報
報告（2004年
年）から数年
年で、a-IGZO TFTを用いた製品（液晶
晶ディスプレレイ）
年現在がまもなく市場にに出る、といいう状況にな
なっています。私は、2010年まで、企業業においてa--IGZOの研究開発をを行っていまました。その 企業は、a-IG
GZO TFTの発発見後すぐにに本研究室とと共同
TFTの研究を始めており、幸運にもも、このa-IG
GZO TFT技術
術の急速な発発展に、初期期から携わる
ること
ができ
きました。
企
企業での私の研研究テーマはは、a-IGZO TFTの動作モ
モデルの構築築でした。a--IGZO TFTのの特性を詳細細に検討する
ると、既存ののa-Si TFTの モデルでは説説明できないい点があるこことがわかりりました。このため、キ
キャリア密度
度に依存する
る移動度を用用いた動作モモデルを構築
築し、その妥妥当性証しました。 図は、測定定とシミュレレーションにによるa-IGZO
O TFT
をシミュレーションにて検証
気的特性ですす。本動作モモデルを用いいたシミュレレーションは
は、測定されれた特性を再再現しの電気ており、モデルがが妥当である
ることを示ししています。本モデルをを用いれば、 a-IGZO TFT
T特性
測できるのでで、デバイススの設計・開開発が容易にになります。
を予測
現
現在は、本研究
究室の学生として、透明
明アモルファ
ァス酸化物半半導体を用いいた機能デババイスの研究究を行っていいます。そのの電子構造にに基づく新たたな特長を持持った機能デデバイスを獲得することが目標です
す。

32

海
海外渡航記
D3 片瀬
瀬貴義
2011 年 4 月 25 日から、アメメリカのサンンフランシスコで開催された Materiaal Research Society
S(MRSS) Spring meeeting に参加しました。私
私は超伝導ののセッション
ンで、“Robuust grain bounndary
naturee in iron pnicctide superconnductors”といいうタイトル
ルで招待講演
演を行いましした。超伝導導の分野は特
特に競争が激激しく、ライ
イバルも多いい中で、招待待講演をさせせて頂けたののは、名誉なことだと思思っていますす。学会後、アメリカニュ
アューメキシコ
コ州のロスアアラモス国立立研究所（LAANL）に招待待していただだき、私が行
行ってきた研研究に関しててセミナーもも行ってきまました。セミナーに参加
加して頂いたた LANL の職
職員・ポスドドクの方たち
ちから有意義義な質問、アアドバイス等等も頂けてよい経験にななりました。その後、こ れまでのそ
今後の共同研研究についてて夕方まで議
議論を行い
して今
ました
た。LANL では、で多種多
多様な研究所所と豊富な研究設備
備があり、とても良い環と環境でした（ 周りは広大な自然然に恵まれ、、穏やかな気気分になれる 場所です）。
今回このような機
機会をアレン
ンジしてくれれた Boris
感謝していまます。
Maiorrov 氏には感D3 李 敬美日
10 日ままで、スペイ ンのバレンシ
シアで開催さされた国際学学会 25th Eurropean
2010 年 9 月 6 日からnference and E
Exhibition (EEU-PVSEC) anda 5th Worldd Conference on
Photoovoltaic Solarr Energy Con
Photoovoltaic Energgy Conversio
on に参加しまました。
EU--PVSEC は 10
1 以上のセッションかららなり、シリコン・
CIGS
S を中心に、ワイドギャップの太陽電電池から有機機物太陽電池
池まで研究発発表と Exhib
bition が行わ
われるという大きな学会会でした。私
私は“Photovo
oltaic propertties of n-typee
a-In-G
Ga-Zn-O / p-ttype c-Si heteerojunction soolar cells”という題名ででポスター発発表を行いまました。発表
表以外の時間
間は、他のポ
ポスター発表
表や講演などどを聞いて大
大変勉強にな
なりま
した。
。また、こののような大ききな国際学会会に参加するること
で、自分の研究分分野に限定さされず、幅広広い最新の研研究動
産業界におけけるニーズななどをよく知知る事が出来来まし向や産た。今
今後は、このの経験を自分分の研究に活活かすと共にに次の学会ででは口頭発表
表で行きたいいと思っていいます。

33